DE663000C - Einrichtung zur Sicherstellung der Selbsterregung von Drehstromgeneratoren, insbesondere zur Schnellerregung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Sicherstellung der Selbsterregung von Drehstromgeneratoren, insbesondere zur Schnellerregung, bei denen die Erregerwicklung des Generators betriebsmäßig über in Gleichrichterschaltung arbeitende Entladungsstrecken gespeist wird. Bekanntlich haben derartige Erregereinrichtungen den Vorteil, daß besondere Erregermaschinen, die mechanisch insbesondere

ίο bei Turbogeneratoren schwierig auszuführen sind, vermieden werden können, und daß die Regelung der Erregung sehr rasch, praktisch trägheitslos, mit großer Genauigkeit und Stabilität des Regelpunktes erfolgen kann. Zur betriebsmäßigen Regelung der Erregung kann dabei in bekannter Weise die Gittersteuerung der Entladungsstrecken, für welche vorzugsweise solche mit Dampf- oder Gasfüllung in Frage kommen, verwendet werden. Es ist nun aber nicht ohne weiteres möglich, mit derartigen Erregereinrichtungen eine Selbsterregung großer Generatoren einzuleiten, weil vielfach die Remanenzspannung des Generators nicht ausreicht, um die Erregergleichrichter zum Ansprechen zu bringen und damit eine geringe Ersterregung herbeizuführen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es beispielsweise bekannt, den Drehstromgenerator beim Anlauf anfänglich über besonders vorzusehende bzw. besondere, im Kraftwerk vorhandene Hilfsspannungsquellen zu erregen, bis die erzeugte Generatorspannung so weit angestiegen ist, daß der vom Generator gespeiste Erregergleichrichter arbeitsfähig wird. Derartige Einrichtungen sind jedoch wieder abhängig vom Vorhandensein dieser besonderen Hilfsnetze, wozu noch der Mangel kommt, daß, falls eine solche Hilfsstromquelle ein Wechselstromnetz ist und nicht für sie ein besonderer, nur während des Anlaufes gebrauchter Gleichrichter vorgesehen wird, auf der Wechselstromseite des Erregergleichrichters Spannungen verschiedener Frequenz sich superponieren, da beim Anlauf die vom Generator erzeugte Frequenz stetig von Null aus anwächst.

Weiterhin sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen über Gleichrichter dem Hauptgenerator die Erregung zugeführt wird. Die Speisespannung für derartige Erregergleichrichter wird von einem Wechselstromhilfsgenerator geliefert, der seinerseits eine zusätzliche Hilfserregermaschine besitzt oder über Hilfsgleichrichter von seinen Klemmen aus erregt wird. Im ersteren Falle wird eine zusätzliche, den Aufwand vergrößernde Gleichstrommaschine benötigt, im zweiten Falle haftete den Anordnungen der Nachteil an, daß bei Rückzündungen des Hilfsgleichrichters die für die Selbsterregung notwendige Restmagnetisierung des Hilfsgenerators zufolge der als Kurzschluß wirkenden Rückzündung zum Verschwinden gebracht wird.

Alle diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß als Hilfsgenerator eine Drehstrommaschine mit Permanentmagnet- oder Kondensatorerregung vorgesehen ist. Dieser wird auf der Welle des Synchrongenerators zur Lieferung der Anfangserregung angeordnet und derart bemessen, daß er beim Anlauf, oder auch, wenn die Spannung des vom Generator gespeisten Netzes infolge eines Kurz-Schlusses o. dgl. sehr stark abgesunken ist, die Spannung des Synchrongenerators in kurzer Zeit so hoch treibt, daß die Zündspannung der Gleichrichterentladungsstrecken überschritten und damit der Erregergleichrichter in Betrieb genommen wird.

Als Hilfsgenerator kommt gemäß der Erfindung eine Drehstrommaschine mit Permanentmagneten oder Kondensatorerregung zur Verwendung. Der vom Hilfsgenerator erzeugte Wechselstrom wird über gleichrichtende Elemente, vorzugsweise über Trockengleichrichterelemente, der Erregerwicklung des Synchrongenerators zugeführt. Ist die Arbeitswicklung des Hilfsgenerators im Ständer untergebracht, so geschieht dies über Schleifringe. Es kann aber umgekehrt auch die Arbeitswicklung des Hilfsgenerators auf dem Läufer vorgesehen sein. Dann werden zweckmäßig auch die Trockengleichrichterelemente in an sich bekannter Weise umlaufend im Läufer angeordnet, so daß keinerlei Schleifringe benötigt werden.

Der Erfindungsgedanke möge an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausfübrungsbeispiele näher erläutert werden. Das Netz 1 wird von der Ständerwicklung 3 des Synchrongenerators 2 gespeist, dessen Polrad die Erregerwicklung 4 trägt. Betriebsmäßig dient zur Erregung dieser Wicklung 4 über die Schleifringe ein Gleichrichter, der aus dem Gleichrichtertransformator 7 und dem Gleichrichtergefäß 8 besteht und aus dem Netz ι gespeist wird. Auf der Welle des Synchrongenerätors 2 ist ferner ein Hilfsgenerator 5 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. I ist dies ein Synchrongenerator, dessen Polrad ein umlaufender Permanentmagnet ist. Die Klemmen des Hilfsgenerators speisen über Trockengleichrichterelemente 6 die gleichen Schleifringe der Erregerwicklung 4 wie der Erregergleichrichter7, 8. Soll der Synchrongenerator in Betrieb gesetzt werden, oder ist infolge einer Störung die Spannung im Netz 1 auf einen sehr niedrigen Wert abgesunken, so können die Lichtbogen im Gefäß 8 nicht mehr aufrechterhalten werden bzw. nicht zünden. Nach Maßgabe der von der Antriebsmaschine eingeleiteten Drehzahl des Aggregates erzeugt dann der Hilfsgenerator 5 eine Wechselspannung, welche die Anfangserregung für die Wicklung 4 liefert und mit wachsender Drehzahl steigt. Infolge der Auferregung steigt die von der Wicklung 3 des Generators gelieferte Netzspannung und damit die Anodenspannungen der Entladungsstrecken im Gefäß 8 so lange, bis diese Entladungsstrecken zünden. Von nun an beteiligt sich auch der Erregergleichrichter an der Lieferung der Erregerspannung, Steigt mit weiter wachsender Netzspannung der Mittelwert der vom Erregergleichrichter 7, 8 gelieferten Gleichspannung über den Mittelwert der vom Hilfsaggregat gelieferten Gleichspannung 8 —^; dieses ist entsprechend zu bemessen — so wird der Stromdurchgang durch die Ventile 6 selbsttätig gesperrt, und es ist damit ein stoßfreier und allmählicher Übergang der Erregung vom Hilfsaggregat auf den betriebsmäßig arbeitenden Erregergleichrichter erreicht.

Statt eines Synchrongenerators mit Permanentmagneten kann auch der an sich bekannte, über Kondensatoren selbsterregbare Asynchrongenerator mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung für den vorliegenden Zweck als Hilfsmaschine Anwendung finden. Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Einrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Auf der Welle des Synchrongenerators 2 ist der Läufer 9 des Asynchrongenerators 5 angeordnet, der ein Käfigläufer sein kann. Die einzelnen Phasen der Ständerwicklung 10 sind jeweils über Kondensatoren 11 kurzgeschlossen, so daß in bekannter Weise bei Erreichung einer bestimmten kritischen Drehzahl, deren Höhe von der Bemessung der Kondensatoren abhängt, bei offenem Belastungskreis des Hilfsgenerators Selbsterregung einsetzt. Die Ständerwicklung 10 kann über Trockengleichrichterelemente 6 und den Kontakt des Relais 12 an die Schleifringe der Erregerwicklung 4 des Hauptgenerators 2 angeschlossen werden, welche außerdem dauernd mit den Gleichstromklemmen des aus dem Netz 1 gespeisten Erregergleichrichters 7, 8 verbunden 1°° ist. Im Ausführungsbeispiel wird die Auslösespule des Relais 12 aus einer Hilfsstromquelle 15 über einen vom Relais 14 betätigten Ruhekontakt und einen vom Relais 13 betätigten Arbeitskontakt gespeist. i°5

Die Arbeitsweise dieser Einrichtung ist die folgende: Wird der Synchrongenerator 2 angelassen und die Drehzahl langsam erhöht, so ist zunächst auch der Hilfsgenerator 5 unerregt und damit der Arbeitskontakt des Relais 13 geöffnet, no so daß auch die Verbindung des Hilfsgenerators mit dem Hüfsgleichrichter bzw. der Erregerwicklung 4 im Relais 12 unterbrochen ist. Die Kondensatoren 11 sind zweckmäßig so bemessen, daß bei einer möglichst niedrigen Drehzahl der i"5

eneratorwelle bereits Selbsterregung einsetzt. Statt die Phasenwicklungen des Hilfsgenerators über Kondensatoren kurzzuschließen, können übrigens auch in bekannter Weise die Kondensatoren zwischen den Ausgangsklemmen der Ständerwicklung 10 angeordnet sein. Die Sternverbindung ist dann allerdings fest anzuordnen

und die Verbindung mit der Belastung auf andere Weise zu unterbrechen. Hat die Selbsterregung eingesetzt, so darf die Belastung des Hilfsgenerators eingeschaltet werden, d. h. also der Hilfsgleichrichter 6 bzw. die Erregerwicklung 4. Zu diesem Zweck ist das von einem der Selbsterregerströme betätigte Relais 13 vorgesehen, bei dessen Schließung der Kontakt des Relais 12 die Verbindung mit der Belastung. herstellt. Der

t ο Generator 2 wird aus dem Hilfsgenerator während des Hochfahrens erregt, bis die Spannung im Netz 1 ausreicht, um den Erregergleichrichter 7, 8 zum Einsatz zu bringen. Steigt die Spannung des Erregergleichrichters weiter an, so wird an sich, vermöge der Ventilwirkung der Gleichrichterelemente 6, der vorn Hilfsgenerator gelieferte Strom selbsttätig unterbrochen. Darüber hinaus kann jedoch, vorteilhaft nach Erreichung einer etwas höheren Gleichspannung im Erregerkreis die Verbindung des Hilfsgenerators mit der Erregerwicklung mittels des vom betriebsmäßigen Erregergleichstrom bzw. der Erregergleichspannung betätigten Relais 14 abgeschaltet werden. Im Fall von während des Betriebes auftretenden Störungen, beispielsweise eines Kurzschlusses im Netz 1, setzt die Hilfserregung selbsttätig ein, sobald die Netzspannung so weit absinkt, daß der Erregergleichrichter nicht mehr ordnungsmäßig weiterarbeiten kann.

Gegebenenfalls kann der Hilfsgenerator auch mit einer an den Außenklemmen kurzgeschlossenen Ständerwicklung und einer mehrphasig auf dem Läufer angeordneten Arbeitswicklung ausgeführt werden. Die Trockengleichrichter 6 sowie die Kondensatoren 11 können dabei vorteilhaft umlaufend auf der Welle angeordnet sein. Zur Einschaltung der Belastung oberhalb der kritischen Selbsterregungsdrehzahl kann in

4» diesem Falle besonders vorteilhaft ein Zentrifugalschalter dienen, da dann vom Zentrifugalschalter zu der zu unterbrechenden Leitung keinerlei Schleifringe als Verbindung notwendig sind.

5 Der Erfindungsgedanke gestattet eine einfache und sichere Selbsterregung auch sehr großer und sehr schnell laufender Turbogeneratoren, bei denen bekanntlich die konstruktive Durchbildung von Gleichstromerregermaschinen große Schwierigkeiten bereiten würden. Eine Abschaltung des Erregergenerators von der Erregerwicklung des Drehstromgenerators nach erfolgtem Übergang des Erregerstromes vom Hilfsgenerator auf den Erregergleichrichter ist grundsätzlich nicht notwendig, da die Unterbrechung der Stromlieferung durch den Erregergenerator selbsttätig infolge der Sperrwirkung der Ventile vor sich geht, sobald die vom Erregergleichrichter gelieferte Gleichspannung größer als die vom Hilfsgenerator gelieferte Spannung wird. Die Leistung des Hilfsgen erators braucht nur so groß bemessen zu sein, daß mit seiner Hilfe eine Netzspannung solcher Größe erreicht werden kann, daß der Erregergleichrichter anspringt. Je nach der Betriebsspannung und der Größe des zu erregenden Generators genügt also eine Erregerleistung von etwa 1 bis 10% der betriebsmäßigen Erregerleistung.

Bei Anwendung eines Synchrongenerators mit Permanentmagneten als Erregerhilfsmaschine, wie er in dem Ausführungsbeispiel (Fig. 1) beschrieben wurde, kann die Wirkung des permanenten Erregerfeldes im Hilfsgenerator in bekannter Weise durch kapazitive Belastung des Synchronhilfsgenerätors unterstützt werden.

Zur Regelung der Erregerspannung kann betriebsmäßig eine Gittersteuerung des Erregergleichrichters und während des Anlassens beispielsweise eine Regelung durch Änderung des Widerstandes der Kurzschlußwicklung des Asynchrongenerators erzielt werden, indem in den Kurzschlußkreis regelbare Blind- oder Wirkwiderstände eingeschaltet werden. Diese können in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des Hauptgenerators veränderbar sein. Ebenso kann eine Änderung der Erregung bei Verwendung eines Synchronhilfsgenerators durch Änderung der zusätzlichen kapazitiven Belastung bewirkt werden.

Gegenüber den Einrichtungen zur Fremderregung des Synchrongenerators während des Anlaufs aus einem Hilfsnetz oder einem besonderen Hilfsumformer bietet die den Erfindungsgedanken verkörpernde Einrichtung den Vorteil der vollständigen Unabhängigkeit der Maschineneinheit von äußeren Einflüssen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Sicherstellung der Selbsterregung von Drehstromgeneratoren, insbesondere zur Schnellerregung, bei der die Erregerwicklung des Generators betriebsmäßig über in Gleichrichterschaltung arbeitende, für die volle Erregerleistung bemessene Entladungsstrecken gespeist wird, und auf der Welle des Generators ein Hilfsgenerator zur Lieferung der Anfangserregung angeordnet und derart bemessen ist, daß er während des Anlaufs oder nach Störungen die Spannung des Generators in kurzer Zeit so hoch no treibt, daß die Zündspannung der an die Klemmen des Generators angeschlossenen Entladungsstrecken überschritten und der Erregergleichrichter in Betrieb genommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsgenerator eine Drehstrommaschine mit Permanentmagneten oder Kondensatorerregung vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklung des Hilfsgenerators über gleichrichtende Elemente, vorzugsweise Trockengleichrichter,

derart an die Erregerwicklung des Generators angeschlossen ist, daß nach dem Einsetzen der Entladung im Haupterregergleichrichter die wachsende Gleichspannung des Haupterregergleichrichters selbsttätig die Stromführung des Hilfsgenerators und des Hilfsgleichrichters unterbricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Hilfsgenerator ein Fliehkraftschalter angeordnet ist, welcher erst nach Überschreiten der für die Selbsterregung kritischen Drehzahl die Erregerwicklung des Hauptgenerators anschaltet.

4! Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfsgeneratorwicklung und der auf dem Hauptgenerator angeordneten Erregerwicklung Schaltkontakte (12) vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von einem unmittelbar einem Selbsterregerkondensator vorgeschalteten Relais (13) nur dann selbsttätig geschlossen werden, wenn' die Selbsterregung eingesetzt hat.

5· Einrichtung nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfsgeneratorwicklung und der auf dem Hauptgenerator angeordneten Erregerwicklung die Kontakte eines Relais vorgesehen sind, welches die Hilfserregung in Abhängigkeit vom Einsetzen des Erregergleichstromes im Haupterregergleichrichter unterbricht.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, mit asynchronem Hilfsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kurzschlußwicklung des asynchronen Hilfsgenerators regelbare Bund- oder Wirkwiderstände eingeschaltet sind, die gegebenenfalls in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des Drehstromgenerators veränderbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 mit synchronem Hilfsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklung des synchronen Hilfsgenerators zusätzlich durch gegebenenfalls willkürlich oder selbsttätig veränderbare Kapazitäten belastet ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen